Устройство для отбора проб донного грунта

СОЮЭ СОВЕТСКИХПОЭВЛЯКИЧЕСНИЖРЕСПУБЛИН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВСРбй Я-;:,. Ц .д ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАН ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1,Авторское свидетельство СССР В 332351, кл.С 01 Я 1/04, 1970.2. Авторское свидетельство СССР У 257858, кл. С 01 Я 1/02, 1968.3. Авторское свидетельство СССР У 962438., кл. Е 21 В 49/02, 1974.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБДОННОГО ГРУНТА, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень с мехаЯО 1130759 А З(511 С 01 И 1/04 Е 21 В 49/02 низмом фиксации относительно керноприемной трубы и трос, о т л и ч а юю е е с ятем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем обеспечения отбора проб в сква,жине и увеличения внедряющей способности, оно снабжено .патроном, выполненным с осевым и .радиальным отверстиями и содержащими шарики-фиксаторы, расположенные в радиальных отвер" стиях патрона, и хвостовик с конусным выступом, расположенный в осевом отверстии патрона с возможностью перемещения относительно патрона и закреп-. ленный на верхнем конце штока,при этом раДиальные отверстия выполнены1с наклоном вверх к оси патрона, а трос закреплен на верхнем торце патрона.Изобретение относится к устрсйствам для отбора проб донного грунта при бурении инженерно-геологических скважин и может быть использовано в инженерной и поисковой геологии.5Известно устройство для отбора проб иэ скважины, содержащее пробоотборник, привод, механизм задавливания, причем механизм задавливания выполнен с цилиндрическим корпусом, охва О тывающим систему гидроцилиндров с шарнирно закрепленными по его наружной поверхности анкерными створками и полым штоком, верхняя часть которого соединена фиксаторами с тягой, а нижняя часть - со штоком пробоотборника .11.Недостаток этого устройства определяется тем, что конструкция устройства сложна и механизм задавливания предназначен для использования прямоточного ( беспоршневого,) грунтоноса, что не позволяет отбирать малонарушенный керн достаточной длины.Известно также устройство для от бора донных грунтов с использованием энергии гидростатического давления, которое может быть использовано для работы в скважинах. Устройство состоит из керноприемной трубы с наконечником, закрытой с одной стороны крышкой, а с другой - поршнем с уплотнениями, который с помощью. механизма фиксации контактного действия закреплен в трубе 2 1.35Срабатывание этого устройства происходит при соприкосновении контактной пяты механизма фиксации поршня с грунтом, в результате чего производится расфиксация керноприемной 4 О трубы относительно поршня и .сила, пропорциональная произведению гидро- статического давления на поперечное сечение керноприемной трубы, внедряет последнюю в грунт, Та же сила приводит в движение поршень, который устремляется по трубе вверх в направлении, противоположном движению трубы. Это приводит к растягиванию керна и уменьшению глубины внедрения 50 керноприемной трубы в грунт, поскольку внедрение прекращается при достижении поршнем верхней крышки трубы,Наиболее близким к изобретению является устройство для отбора проб 55 донного грунта, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень с механизмом фиксации относительно керноприемной трубы и трос. Поршень, установленный во внутренней полости керноприемной трубы, закреплен относительно последней механизмом фиксацииконтактного действия и соединен сдемпферным диском штоком, проходящимчерез герметизированное отверстие в.крышке устройства, Срабатывание устройства происходит после расфиксациипоршня относительно керноприемнойтрубы при соприкосновении контактнойпяты механизма фиксации с грунтом 3 1.К недостаткам известного устройства следует отнести ограниченную область его применения, поскольку использование демпферного диска для торможения поршня, т.е. фиксированного егоположения в процессе внедрения керноприемной трубы в грунт, не позволяетиспользовать устройство для отборапроб грунта в скважине с обсаднымитрубами, так как диаметр демпферногодиска всегда больше диаметра обсадныхтруб, применяемых при инженерно-геологическом бурении скважин. Кроме того, известное устройство не можетэффективно использоваться на грунтахповышенной плотности из-за малойвнедряющей способности, посколькусила гидродинамического торможениядемпферного диска пропорциональнаквадрату скорости перемещения, и на,плотных грунтах, где скорость внедрения значительно уменьшается, гидродинамическое торможение поршня спомощью демпферного диска становитсянеэффективным, что снижает внедряющуюспособность устройства на плотныхгрунтах,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей устройст.ва путем обеспечения отбора проб вскважине и увеличение внедряющейспособности,1Указанная цель достигается тем,что устройство для отбора проб донного грунта, содержащее керноприемную трубу, шток, поршень, механизмфиксации поршня относительно керноприемной трубы и трос, снабжено патроном, выполненным с осевым и радиальными отверстиями и содержащимишарики-фиксаторы, расположенные врадиальных отверстиях патрона, ихвостовик с конусным выступом, расположенный в осевом отверстии патрона с. возможностью перемещения относительно оси патрона и закрепленныйтруба 1 в недряется в грунт под действием силы, пропорциональной произведению гидростатического давления на эффективную площадь ее поперечного сечения, Та же сила, воздействуя на эффективную площадь поршня 4, стремится переместить его вместе со штоком 3 вверх. Однако смещение штока 3 с поршнем 4 вверх вызывает движение хвастовика 1 О относительно патрона 11; при этом конусный выступ хвосто- вика 10 смещает шарики-фиксаторы 12 наружу, заклинивая патрон 11 в обсадной трубе, обеспечивая, таким образом, фиксацию поршня 4 относительно забоя скважины в процессе внедрения устройства в грунт.При подъеме устройства за трос 15 скошенные радиальные отверстия в патроне 11 способствуют отжиму шариков- фиксаторов 12 от стенок обсадной трубы и скатыванию их с конусного выступа хвостовика О. Этому способствует сопротивление грунта при извлечении керноприемной трубы 1, которое при подъеме устройства передается на шток, облегчая выход конусного выступа хвостовика 10 из заклинки,Таким образом, техническим преимуществом предлагаемого устройства по сравнению с известным является воэможность отбора проб не только верхнего слоя, но и на любой глубине залегания грунтов при бурении инженерно-геологических скважин. Применение предлагаемого устройства позволяет повысить производительность труда при отборе керна в процессе бурения инженерно-геологических скважин в море эа счет замены трудо" емких операций по .монтажу, спуску и подъему бурильных труб с вдавливаемыми грунтоносами на спуск и подъем на тросе предлагаемого устройства для отбора проб донного грунта в скважине, так как значительно сокра. щает время, необходимое для отбора проб в скважине в процессе бурения, Кроме того, уменьшение количества и длительности операций с тяжелыми бурильными трубами сокращает время работы приводных механизмов судового бурового оборудования, потребление ими электроэнергии и улучшает усло" вия техники безопасности при бурении инженерно-геологических скважин в море. 3 1130759 ана верхнем конце .штока, при .этомрадиальные отверстия выполнены с наклоном вверх к оси патрона, а тросзакреплен на верхнем торце патрона,При контакте устройства с грунтом5жесткая фиксация штока производитсяавтоматически с помощью заклинивающегося патрона, что позволяет использовать устройство в скважине и увеличить его внедряющую способность вгрунтах повышенной плотности засчет возможности растяжения процессавнедрения во времени, а автоматическая расфиксация штока производитсяпо натяжению троса при извлеченииустройства.На фиг,1 изображено устройство .для отбора проб донного грунта, продольный разрез;.на фиг.2 - то же,устройство в обсадной трубе послесрабатывания в скважине.Устройство для отбора проб донного грунта состоит из керноприемнойтрубы 1, крышки 2, через герметизированное отверстие которой проходитшток 3, жестко соединенный с порш 25нем 4. В поршне 4 установлен механизмфиксации поршня относительно керноприемной трубы 1, состоящий из контактной пяты 5 со стержнем 6 и лальцев7, расположенных в радиальных отверстиях поршня 4. В нижней части трубы1 размещены клапан для подрезки иудержания керна 8 и буровой наконечник 9. На верхнем конце штока 3 жестко закреплен хвостовик 10 с конусным 35выступом на хвостовик надет патрон11 с шариками-фиксаторами 12, расположенными в радиальных отверстияхпатрона 11, и опорным кольцом 13,навинченным на нижний торец патрона 4 О11.На верхнем торце патрона 11 установлена скоба 14 для закреплениятроса 5. Штуцер 16 служит для присоединения шланга при откачке воздуха из герметизированной полости керноприемной трубы 1.Устройство для отбора проб донного грунта работает следующим образом.Устройство с откачанным из герметизированной полости керноприемнойтрубы 1 воздухом за трос 15 спускаютчерез обсадную трубу к забою скважины. При касании контактной пятой 5поверхности грунта происходит смещение стержня 6 вверх, которое ведет красфиксации керноприемной трубы 1 относительно поршня 4, и керноприемная